[go: up one dir, main page]

RU2397850C1 - Procedure for fabrication of flat bi-metallic work-piece by explosion welding - Google Patents

Procedure for fabrication of flat bi-metallic work-piece by explosion welding Download PDF

Info

Publication number
RU2397850C1
RU2397850C1 RU2009123391/02A RU2009123391A RU2397850C1 RU 2397850 C1 RU2397850 C1 RU 2397850C1 RU 2009123391/02 A RU2009123391/02 A RU 2009123391/02A RU 2009123391 A RU2009123391 A RU 2009123391A RU 2397850 C1 RU2397850 C1 RU 2397850C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
plate
plates
easily deformable
explosive
Prior art date
Application number
RU2009123391/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Станиславович Вакин (RU)
Владимир Станиславович Вакин
Сергей Валентинович Бодакин (RU)
Сергей Валентинович Бодакин
Олег Николаевич Бессонов (RU)
Олег Николаевич Бессонов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Энергометалл"
Владимир Станиславович Вакин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Энергометалл", Владимир Станиславович Вакин filed Critical Закрытое акционерное общество "Энергометалл"
Priority to RU2009123391/02A priority Critical patent/RU2397850C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2397850C1 publication Critical patent/RU2397850C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention can be implemented at fabrication of flat bi-metallic work-pieces out of dissimilar metals. A thrown plate is positioned with a gap over a stationary plate; there is initiated discharge of explosive substance located over the thrown plate. To damp speed of plastic deformation damping devices are placed under the stationary plate in form of an easily deformed interlayer possessing property of one-sided non-flexible deformation and in form of an artificial support platform. The platform is made out of material with uniformly distributed density exceeding density of the easily deformed interlayer.
EFFECT: upgraded quality of produced bi-metallic work-piece.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении плоских биметаллических заготовок из разнородных металлов.The invention relates to metallurgy and can be used in the manufacture of flat bimetallic billets from dissimilar metals.

Сварка взрывом - технологический процесс, позволяющий получать биметаллические заготовки и изделия практически неограниченных размеров из разнообразных металлов и сплавов, в том числе тех, сварка которых другими способами затруднена. Так, получение крупногабаритных заготовок биметаллов титан-сталь, алюминий-сталь, цирконий-сталь и многих других возможно только с помощью сварки взрывом.Explosion welding is a technological process that allows to obtain bimetallic billets and products of almost unlimited sizes from a variety of metals and alloys, including those whose welding by other methods is difficult. Thus, obtaining large-sized bimetal blanks titanium-steel, aluminum-steel, zirconium-steel and many others is possible only by explosion welding.

Сварка взрывом относится к разновидности сварки давлением, когда давление создается продуктами детонации взрывчатого вещества (далее - ВВ). Соединяемые детали, например пластины, одна из которых неподвижна (плакируемая пластина), располагают на некотором расстоянии (или под определенным углом) друг от друга. На подвижную деталь (метаемая, плакирующая пластина) кладут взрывчатое вещество с детонатором. При срабатывании детонатора происходит процесс разложения взрывчатого вещества, создавая давление, распространяющееся позади фронта детонации.Explosion welding refers to a type of pressure welding when pressure is created by the detonation products of an explosive (hereinafter - EXPLOSIVES). Connecting parts, for example plates, one of which is stationary (clad plate), is located at a certain distance (or at a certain angle) from each other. An explosive with a detonator is placed on a moving part (a missile, clad plate). When the detonator is triggered, the process of decomposition of the explosive occurs, creating a pressure that propagates behind the detonation front.

Решающую роль в формировании сварного соединения играет пластическая деформация металла в околошовной зоне, распределяющаяся экспоненциально по толщине свариваемых деталей и достигающая вблизи линии соединения сотен процентов.A decisive role in the formation of a welded joint is played by the plastic deformation of the metal in the heat-affected zone, which is distributed exponentially over the thickness of the parts to be welded and reaches hundreds of percent near the joint line.

Благодаря малому времени образования сварного соединения, недостаточному для протекания активных диффузионных процессов на межслойных границах, способ сварки взрывом обладает уникальными возможностями соединения не свариваемых обычными методами сплавов и металлов.Due to the short formation time of the welded joint, insufficient for the flow of active diffusion processes at the interlayer boundaries, the explosion welding method has the unique capabilities of joining alloys and metals that are not welded by conventional methods.

Как правило, качественное соединение металлов достигается путем соблюдения точного баланса между подводимой кинетической энергией метаемой пластины и поглощаемой энергией, затрачиваемой на необходимую и достаточную совместную пластическую деформацию сопрягаемых поверхностей метаемой и неподвижной пластин.As a rule, high-quality joining of metals is achieved by observing the exact balance between the supplied kinetic energy of the propelled plate and the absorbed energy spent on the necessary and sufficient joint plastic deformation of the mating surfaces of the propelled and fixed plates.

При недостатке энергии не происходит качественного сплошного соединения или соединения вообще, при избытке энергии избыточная часть затрачивается на эндотермические реакции образования инородных включений (карбиды, нитриды, интерметаллиды), образование зон оплавления на границе раздела и деформацию самих пластин.With a lack of energy, a qualitative continuous compound or compound does not occur at all, with an excess of energy, the excess part is spent on endothermic reactions of the formation of foreign inclusions (carbides, nitrides, intermetallic compounds), the formation of fusion zones at the interface and the deformation of the plates themselves.

Для снятия напряжений, возникающих при сварке взрывом, применяют отпуск готового изделия, в результате чего прочность соединения неизбежно уменьшается и тем больше, чем больше содержание расплавов.To relieve stresses arising from explosion welding, tempering of the finished product is used, as a result of which the strength of the connection inevitably decreases and the greater the greater the content of the melts.

Методы испытаний и оценки микроструктуры, например, для сталей регламентируются стандартом - ГОСТ10243-75.Test methods and evaluation of the microstructure, for example, for steels are regulated by the standard - GOST10243-75.

Наиболее проблематично соединение пар металлов с существенно различающейся температурой плавления, таких как стали и алюминиевые сплавы, стали и твердые бронзы и латуни, стали и титановые сплавы.The most problematic is the connection of metal pairs with significantly different melting points, such as steels and aluminum alloys, steels and hard bronzes and brass, steels and titanium alloys.

Температура плавления сталей находится на уровне 1530°С, температура плавления алюминиевых сплавов - на уровне 660°С, бронз и латуней - 85÷1000°С, при этом прочность плакирующего металла близка или превышает прочность стали, с которой осуществляется соединение. При данном сочетании свойств соединяемых металлов происходит неизбежное значительное оплавление металла с более низкой температурой плавления.The melting temperature of steels is at the level of 1530 ° С, the melting temperature of aluminum alloys is at the level of 660 ° С, of bronzes and brass - 85 ÷ 1000 ° С, while the strength of the clad metal is close to or exceeds the strength of the steel with which the connection is made. With this combination of properties of the metals being joined, an inevitable significant melting of the metal with a lower melting point occurs.

По этой причине, например, соединения стали и алюминиевых сплавов марок АМг5, АМг6 промышленно не производят сваркой взрывом, так как при взрывном сопряжении пластин происходит полное разрушение кристаллической решетки алюминиевого сплава и переход в расплав значительной части металла, время остывания которого в разы больше, чем время действия продуктов детонации любых известных взрывчатых веществ и смесей.For this reason, for example, compounds of steel and aluminum alloys of grades AMg5, AMg6 are not industrially produced by explosion welding, since during explosive conjugation of the plates, the crystal lattice of the aluminum alloy is completely destroyed and a significant part of the metal passes into the melt, the cooling time of which is several times longer than the duration of the detonation products of any known explosives and mixtures.

Таким образом, для получения конструкционного биметалла с высокими эксплуатационными и прочностными свойствами необходимо поглотить избыток энергии и достигнуть энергетического баланса между подводимой и поглощаемой энергией для получения строго дозированной пластической деформации сопрягаемых металлов.Thus, in order to obtain structural bimetal with high operational and strength properties, it is necessary to absorb excess energy and achieve an energy balance between the input and absorbed energy to obtain strictly dosed plastic deformation of the mating metals.

Известные ВВ не дают возможности широкого варьирования времени и скорости действия продуктов детонации и не позволяют успешно решить эту задачу и соответственно обеспечить качественную сварку металлов с неблагоприятным сочетанием физических и механических свойств в условиях промышленного производства.Known explosives do not allow the wide variation of the time and speed of detonation products and do not successfully solve this problem and, accordingly, ensure high-quality welding of metals with an unfavorable combination of physical and mechanical properties in industrial production.

Известен способ плакирования сваркой взрывом, включающий зачистку свариваемых поверхностей плакируемого и плакирующего (метаемого) металлических листов, установку на дистанционные опоры плакирующего листа над плакируемым листом на расстоянии сварочного зазора, раскладку на плакирующем листе слоя заряда взрывчатого вещества с системой инициирования (см. патент RU №2237558, B23K 20/08, F42D 5/045, 2004).A known method of cladding by explosion welding, including cleaning the welded surfaces of the clad and clad (thrown) metal sheets, installation on the remote supports of the clad sheet above the clad sheet at a distance of the welding gap, the layout on the clad sheet of the explosive charge layer with the initiation system (see patent RU No. 2237558, B23K 20/08, F42D 5/045, 2004).

Способ дополнительно содержит раскладку первого слоя сыпучего материала на слое заряда взрывчатого вещества и над ним второго слоя сыпучего материала или слоя воды через воздушный зазор, инициирование заряда взрывчатого вещества и сварку плакирующего и плакируемого листов энергией взрыва. Причем толщину первого слоя сыпучего материала принимают равной от 1 до 3 толщин слоя заряда взрывчатого вещества, второго слоя сыпучего материала или слоя воды - от 3 до 5 толщин слоя заряда взрывчатого вещества, воздушного зазора - от 2 до 4 толщин слоя заряда взрывчатого вещества.The method further comprises laying out a first layer of bulk material on an explosive charge layer and above it a second layer of bulk material or a water layer through an air gap, initiating an explosive charge and welding the clad and clad sheets with explosive energy. Moreover, the thickness of the first layer of bulk material is assumed to be from 1 to 3 thicknesses of the explosive charge layer, the second layer of bulk material or water layer - from 3 to 5 thicknesses of the explosive charge layer, the air gap - from 2 to 4 thicknesses of the explosive charge layer.

Недостатком данного способа является то, что он не дает положительного эффекта, если разнородные металлы соединяемых пластин имеют существенно отличающиеся температуры плавления, так как в этом случае за счет повышения давления и длительности его действия вероятность обширного оплавления увеличивается.The disadvantage of this method is that it does not give a positive effect if the dissimilar metals of the connected plates have significantly different melting points, since in this case, due to increased pressure and the duration of its action, the probability of extensive melting increases.

Известен также способ сварки взрывом, основанный на установке с зазором метаемой пластины над неподвижной пластиной и инициировании заряда ВВ, расположенного над метаемой пластиной (см. патент RU №2243871, B23K 20/08, 2005).There is also a known method of explosion welding, based on the installation with a gap of the missile plate above the fixed plate and the initiation of the explosive charge located above the missile plate (see patent RU No. 2243871, B23K 20/08, 2005).

Причем предварительно производят обработку поверхностей свариваемых пластин до шероховатости Rz, равной 8,0÷42,0 мкм, а сварку осуществляют давлением продуктов детонации, время действия которых превышает время остывания расплавленных на глубину более 2 мкм поверхностных слоев пластин.Moreover, the surfaces of the welded plates are pretreated to a roughness Rz equal to 8.0 ÷ 42.0 μm, and the welding is carried out by the pressure of detonation products, the action time of which exceeds the cooling time of the surface layers of the plates melted to a depth of more than 2 μm.

Способ позволяет снизить уровень нагрузок, необходимых для разгона метаемой пластины (нет необходимости в обеспечении высокой скорости соударения, необходимой для превышения предела текучести материала).The method allows to reduce the level of loads required to accelerate the missile plate (there is no need to provide a high impact speed necessary to exceed the yield strength of the material).

Однако при таком способе сварка сопрягаемых поверхностей пластин достигается посредством их оплавления, что отрицательно сказывается на конструкционной прочности такого соединения, так как расплав является инородной структурой по отношению к структуре металлов обоих пластин.However, with this method, welding of the mating surfaces of the plates is achieved by melting them, which negatively affects the structural strength of such a connection, since the melt is a foreign structure with respect to the metal structure of both plates.

Известен способ сварки взрывом для изготовления многослойного соединения из алюминиевого сплава, чистого промышленного алюминия, серебряной пластины и нержавеющей стали (см. патент JP №9029463, B23K 20/08, 1997).A known method of explosion welding for the manufacture of multilayer compounds of aluminum alloy, pure industrial aluminum, silver plate and stainless steel (see JP patent No. 9029463, B23K 20/08, 1997).

В данном техническом решении чистый алюминий используют для поглощения ударного воздействия.In this technical solution, pure aluminum is used to absorb shock.

Недостатком известного способа является ограниченная область применения такого решения, так как оговариваются составные части соединения и его нельзя использовать для других биметаллов.The disadvantage of this method is the limited scope of such a solution, since the components of the compound are negotiated and cannot be used for other bimetals.

Известен также способ изготовления металлических композиционных материалов, обрабатываемых при высоких температурах (см. патент US №2001054638, B23K 20/08, 2001).There is also a known method of manufacturing metal composite materials processed at high temperatures (see US patent No. 2005104638, B23K 20/08, 2001).

Данный способ позволяет предотвратить образование хрупких интерметаллических соединений за счет применения дополнительной прослойки из тантала или ниобия, не образующих интерметаллиды.This method allows to prevent the formation of brittle intermetallic compounds due to the use of an additional layer of tantalum or niobium that do not form intermetallic compounds.

Однако известный способ технически сложен и дорог, не позволяет получать биметаллические листы большой площади.However, the known method is technically complicated and expensive, it does not allow to obtain bimetallic sheets of large area.

Известен способ получения композиционного сталеалюминиевого переходника, включающий сварку взрывом стального плакируемого листа с двумя плакирующими листами из алюминия (см. патент RU №2270742, B23K 20/08, 2006).A known method for producing a composite steel-aluminum adapter, including explosion welding of a steel clad sheet with two clad aluminum sheets (see patent RU No. 2270742, B23K 20/08, 2006).

При этом плакируемый стальной лист предварительно хромируют до получения по всей поверхности слоя толщиной 0,03÷0,07 мм, а при приварке первого плакирующего листа заряд помещают в закрытый контейнер, разделенный в направлении фронта детонации на отдельные прямоугольные секции шириной не более двух высот заряда.In this case, the cladable steel sheet is pre-chrome plated to obtain a layer with a thickness of 0.03 ÷ 0.07 mm, and when welding the first clad sheet, the charge is placed in a closed container, divided in the direction of the detonation front into separate rectangular sections with a width of not more than two charge heights .

Данное технического решение способствует стабилизации скорости детонации ВВ вблизи ее минимального значения, что позволяет улучшить качество сталеалюминиевых переходников, однако способ имеет ограниченное применение.This technical solution helps to stabilize the speed of detonation of explosives near its minimum value, which allows to improve the quality of steel-aluminum adapters, however, the method has limited application.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ изготовления сваркой взрывом композиционного материала, состоящего из неподвижной детали (подложки), промежуточного слоя из металла, совместимого с материалом подложки, и метаемой детали (оболочки) (см. патент WO №2004060599, B23K 20/08, 2004).The closest in technical essence to the claimed solution is a method of manufacturing by explosion welding of a composite material consisting of a fixed part (substrate), an intermediate layer of metal compatible with the substrate material, and a missile part (shell) (see patent WO No. 20044060599, B23K 20 / 08, 2004).

Способ включает размещение свариваемых деталей с зазором между ними, размещение над верхней деталью заряда ВВ, использование дополнительного промежуточного слоя (средства) для смягчения ударного воздействия взрыва, инициирование заряда ВВ.The method includes placing welded parts with a gap between them, placing an explosive charge above the upper part, using an additional intermediate layer (means) to mitigate the impact of the explosion, and initiating an explosive charge.

Данный способ позволяет создать плоские поверхности раздела между элементами сварной конструкции, предотвращает возникновение вредных волн, образующих трещины в этой конструкции, а также образование интерметаллических включений на поверхности раздела.This method allows you to create a flat interface between the elements of the welded structure, prevents the occurrence of harmful waves that form cracks in this structure, as well as the formation of intermetallic inclusions on the interface.

Недостатками известного решения является то, что промежуточный слой, смягчающий воздействие взрыва, остается составной частью получаемого биметаллического соединения и является «слабым» элементом композиции, понижающим эксплуатационные характеристики биметалла, также существуют ограничения на размеры свариваемых деталей и сложность размещения промежуточного слоя при изготовлении крупногабаритных заготовок.The disadvantages of the known solution is that the intermediate layer, which softens the effect of the explosion, remains an integral part of the resulting bimetallic compound and is a “weak” element of the composition that reduces the operational characteristics of the bimetal, there are also restrictions on the size of the welded parts and the difficulty of placing the intermediate layer in the manufacture of large-sized blanks.

Технической задачей изобретения является создание нового способа изготовления биметаллических заготовок с высокими характеристиками прочности и качества сварного соединения для металлов с существенно различающейся температурой плавления.An object of the invention is the creation of a new method of manufacturing bimetallic billets with high characteristics of strength and quality of the welded joint for metals with significantly different melting points.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении качества соединения деталей заготовки путем снижения энергии удара, действующего на сопрягаемые поверхности, за счет компенсации упругой деформации и ограничения амплитуды упругих колебаний, действующих на детали от момента их первого соприкосновения до окончания действия волны давления.The technical result of the proposed solution is to improve the quality of the connection of the workpiece parts by reducing the impact energy acting on the mating surfaces by compensating for the elastic deformation and limiting the amplitude of the elastic vibrations acting on the part from the moment of their first contact until the end of the pressure wave.

Для достижения указанного технического результата в способе изготовления сваркой взрывом плоской биметаллической заготовки, основанном на установке с зазором метаемой пластины над неподвижной пластиной и инициировании заряда взрывчатого вещества, расположенного над метаемой пластиной, включающем использование дополнительного средства для снижения скорости пластической деформации пластин, согласно предложению в качестве дополнения используют демпфирующее средство, выполненное под неподвижной пластиной и состоящее из легко деформируемой прослойки, обладающей свойством односторонней неупругой деформации, и искусственной опорной площадки, изготовленной из материала с равномерно распределенной плотностью, превышающей плотность легко деформируемой прослойки.To achieve the specified technical result in the method of manufacturing by explosion welding of a flat bimetallic billet based on the installation with a gap of the projectile plate over the fixed plate and the initiation of an explosive charge located above the projectile plate, including the use of additional means to reduce the rate of plastic deformation of the plates, according to the proposal as add-ons use a damping agent made under a fixed plate and consisting of easily defo ble layer having property sided inelastic deformation and an artificial support pad made from a material with uniform density exceeding the density of readily deformable layer.

Также согласно предложению используют легко деформируемую прослойку, обладающую способностью изменять агрегатное состояние под действием давления, а между легко деформируемой прослойкой и опорной площадкой размещают, по крайней мере, одну дополнительную демпфирующую прослойку.Also, according to the proposal, an easily deformable interlayer having the ability to change the state of aggregation under pressure is used, and at least one additional damping interlayer is placed between the easily deformable interlayer and the support platform.

Экспериментально установлено, что заявляемый способ, во-первых, позволяет компенсировать упругое сжатие пришедших в контакт пластин и их последующее упругое расширение, которое «стремится» разорвать возникшее соединение, находя в нем «слабое место».It was experimentally established that the inventive method, firstly, allows you to compensate for the elastic compression of the plates that come into contact and their subsequent elastic expansion, which “tends” to break the connection that has arisen, finding a “weak spot” in it.

В большинстве случаев таким «слабым местом» является незастывший расплав или его окисленная (из-за слишком высокой температуры для более легкоплавкого металла) поверхность.In most cases, such a “weak spot” is an unhardened melt or its oxidized (due to too high temperature for a more fusible metal) surface.

Во-вторых, заявляемый способ дает возможность ограничить амплитуду упругих колебаний, действующих на пластины от момента их первого соприкосновения до окончания действия волны давления.Secondly, the inventive method makes it possible to limit the amplitude of the elastic vibrations acting on the plates from the moment of their first contact to the end of the action of the pressure wave.

Совместно эти два фактора обеспечивают снижение энергии удара, действующего на сопрягаемые поверхности до уровня, исключающего обширное оплавление сопрягаемых поверхностей, позволяют существенно ограничить образование карбидов, нитридов и интерметаллидов, как следствие, эндотермических реакций при повышенной температуре.Together, these two factors provide a reduction in the impact energy acting on the mating surfaces to a level that excludes extensive melting of the mating surfaces, and significantly limit the formation of carbides, nitrides, and intermetallic compounds, and, as a result, endothermic reactions at elevated temperatures.

Компенсация упругой деформации позволяет наиболее эффективно провести совместную пластическую деформацию поверхностей свариваемых пластин за счет плавного нарастания импульса давления, увеличения времени его действия и исключения одновременного действия процессов упруго расширения и упругих колебаний.Compensation of elastic deformation allows the most effective joint plastic deformation of the surfaces of the welded plates due to the smooth increase of the pressure pulse, increase of its duration and elimination of the simultaneous action of the processes of elastic expansion and elastic vibrations.

Наличие демпфирующего средства, состоящего из легко деформируемой прослойки (далее - ЛДП), обладающей свойством односторонней неупругой деформации, и опорной площадки из материала с более высокой плотностью, приводит к тому, что производная от скорости пластической деформации не меняет знак за все время действия импульса давления вплоть до его окончания. Длительность воздействия импульса давления затягивается на время деформации (разрушения) прослойки, а амплитуда импульса уменьшается. Взаимное размещение свариваемых пластин и демпфирующего средства схематично представлено на фиг.1.The presence of a damping agent, consisting of an easily deformable layer (hereinafter referred to as LDP), which has the property of one-sided inelastic deformation, and a support pad of a material with a higher density, leads to the fact that the derivative of the rate of plastic deformation does not change sign over the entire duration of the pressure pulse until its end. The duration of the pressure pulse is delayed by the time of deformation (destruction) of the interlayer, and the amplitude of the pulse decreases. The mutual arrangement of the welded plates and the damping means is schematically shown in figure 1.

Для подтверждения эффективности такого решения приводим оценочные значения времени протекания процессов, составляющих способ сварки взрывом в целом, полученные в соответствие с методикой, изложенной в книге «Сварка взрывом», В.И.Лысак, С.В.Кузьмин. М.: «Машиностроение-1», 2005, стр.23-29.To confirm the effectiveness of such a solution, we give estimated values of the time course of the processes that make up the explosion welding method as a whole, obtained in accordance with the methodology described in the book "Explosion welding", V.I. Lysak, S.V. Kuzmin. M .: "Engineering-1", 2005, pp. 23-29.

Продолжительность образования соединения в целом составляет 10-6 с.The duration of formation of the compound as a whole is 10 -6 s.

Условие получения прочного качественного соединения при сварке взрывом, учитывающее основные параметры процесса и свойства свариваемых материалов, представлено выражениемThe condition for obtaining a durable high-quality joint in explosion welding, taking into account the main process parameters and the properties of the materials being welded, is represented by the expression

tв>ta≥tp,tv> ta≥tp,

где tв - время взаимодействия (действия контактных напряжений);where tv is the interaction time (action of contact stresses);

ta - время активации поверхности (зависит от свойств составляющих кристаллическую решетку атомов), оценивается как ta равно 10-8÷10-7 с;ta is the surface activation time (depends on the properties of the atoms that make up the crystal lattice), it is estimated that ta is 10 -8 ÷ 10 -7 s;

tp - время релаксации, оценивается как tp равно 10-7 с.tp - relaxation time, estimated as tp equal to 10 -7 s.

Вертикальная скорость соударения пластин оценивается в среднем как Vb равно 500 м/с.The vertical collision velocity of the plates is estimated on average as Vb is 500 m / s.

При использовании легко деформируемой прослойки (например, из пенополиэтилена и т.п.) толщиной 1÷2 мм время окончательного сжатия пластин возрастает на 2×10-6÷4×10-6 с, что полностью удовлетворяет всем условиям и легко практически реализуется.When using an easily deformable interlayer (for example, from polyethylene foam, etc.) with a thickness of 1 ÷ 2 mm, the time of final compression of the plates increases by 2 × 10 -6 ÷ 4 × 10 -6 s, which fully satisfies all conditions and is easily implemented.

В этом случае не возникает пикового давления как результата мгновенного торможения о плотную преграду. На это же время сжатие и последующее расширение сдвигаются по фазе, что приводит к значительным потерям энергии, и амплитуда обратного расширения падает до безопасного для возникшего сварного соединения уровня. Уже наличия одной легко деформируемой прослойки достаточно, чтобы обеспечить новый качественный уровень процесса сварки взрывом.In this case, there is no peak pressure as a result of instantaneous braking on a tight barrier. At the same time, the compression and subsequent expansion shift in phase, which leads to significant energy losses, and the amplitude of the reverse expansion drops to a level safe for the welded joint. Already having one easily deformable layer is enough to provide a new qualitative level of the explosion welding process.

Эксперименты показали, что дополнительные возможности для обеспечения продолжительного контакта свариваемых пластин с сохранением достигнутого в импульсе уровня давления дает применение активной прослойки, воспламеняющейся под действием импульса давления. В этом случае обе пластины находятся под действием давления газообразных продуктов как со стороны плакирующего, так и плакированного материала. Организуемый таким образом газовый демпфер действует еще более «мягко», что особенно важно для высокопрочных и легкоплавких материалов, например АМг6.The experiments showed that additional possibilities for ensuring continuous contact of the welded plates while maintaining the pressure level achieved in the pulse are provided by the use of an active layer that ignites under the influence of a pressure pulse. In this case, both plates are under the influence of gaseous product pressure both from the side of the cladding and clad material. The gas damper organized in this way acts even more “softly”, which is especially important for high-strength and low-melting materials, for example AMg6.

Также была решена задача сохранения достигнутого уровня качества сварки до полного завершения действующих факторов и гашения кинетической энергии готового изделия в целом и каждой его части в отдельности, так как пластин идеально плоской формы не существует. Стандартизованные допустимые отклонения от плоскостности составляют обычно 5 мм на метр пластины, что практически совпадает с величиной обычно применяемого зазора между пластинами.It was also solved the problem of maintaining the achieved level of welding quality until the completion of the existing factors and quenching the kinetic energy of the finished product as a whole and each of its parts separately, since there are no ideally flat plates. The standardized permissible deviations from flatness are usually 5 mm per meter of plate, which is almost the same as the size of the commonly used gap between the plates.

Таким образом, участки пластин, отстоящие от условной средней линии каждой из них, в итоге приобретают большее или меньшее ускорение.Thus, the sections of the plates spaced from the conditional midline of each of them, as a result, acquire more or less acceleration.

Скорость соударения в реальных условиях оказывается различной для каждого участка площади свариваемых пластин.The collision speed in real conditions is different for each section of the area of the welded plates.

Принудительная деформация искажений формы приводит к «консервации» хаотично направленных упругих напряжений, действующих по касательной в плоскости сварки пластин. Следовательно, необходимо максимально возможно компенсировать действие этих вторичных, по отношению к собственно сварке двух поверхностей, факторов.Forced deformation of shape distortions leads to "conservation" of randomly directed elastic stresses acting tangentially in the plane of welding of the plates. Therefore, it is necessary to maximally compensate for the effect of these secondary factors, in relation to the actual welding of two surfaces.

Под легко деформируемой прослойкой мы выполняем опорную площадку из материала более высокой плотности.Under an easily deformable layer, we carry out a support platform of a higher density material.

Как правило, в качестве опорной площадки используют спланированный грунт, скальное основание, массивную бетонную или металлическую плиту, которые также не бывают идеальной формы. В первом случае опорная площадка неоднородна по плотности, а в последующих примерах - обладает собственной упругостью.As a rule, planned ground, rocky foundation, massive concrete or metal slab, which also do not have perfect shape, are used as a supporting platform. In the first case, the reference pad is heterogeneous in density, and in the following examples, it has its own elasticity.

Большинство производителей используют простое грунтовое или скальное основание, однако это приводит к локальной или глобальной деформации готового изделия, или как минимум образованию зон с локальными внутренними напряжениями, или даже зон с разрушенным соединением.Most manufacturers use a simple soil or rock base, but this leads to local or global deformation of the finished product, or at least the formation of zones with local internal stresses, or even zones with a broken connection.

Таким образом, в реальных условиях полученное с хорошим качеством сварное соединение тут же нарушается, в результате чего участков площади пластин с эквивалентными друг другу параметрами соединения создать не удается.Thus, in real conditions, the welded joint obtained with good quality is immediately violated, as a result of which it is not possible to create portions of the plate area with equivalent joint parameters.

Мы предлагаем рассеивать остаточную кинетическую энергию соединенных пластин, по крайней мере, на одной из дополнительных прослоек за счет их деформации или разрушения, как представлено на фиг.2.We propose to dissipate the residual kinetic energy of the connected plates, at least one of the additional layers due to their deformation or destruction, as shown in figure 2.

Таким образом, первая легко деформируемая прослойка ЛДП обеспечивает качество собственно соединения (сварки) пластин, так как компенсирует упругую деформацию при сварке.Thus, the first easily deformable LDP layer provides the quality of the actual connection (welding) of the plates, as it compensates for the elastic deformation during welding.

Последующие более плотные и вязкие дополнительные демпфирующие прослойки (далее - ДДП) из искусственного материала компенсируют пластическую деформацию уже готового соединения (и заготовки в целом), так как кинетическая энергия пластин расходуется не на деформацию заготовки, а на деформацию и разрушение второй и последующих прослоек ДДП.The subsequent denser and more viscous additional damping interlayers (hereinafter referred to as DDP) of artificial material compensate for the plastic deformation of the finished joint (and the workpiece as a whole), since the kinetic energy of the plates is not spent on deformation of the workpiece, but on the deformation and destruction of the second and subsequent interlayers of DDP .

ДДП повторяет форму свариваемых пластин, что позволяет сохранить форму пластин и избежать локальных перегибов.DDP repeats the shape of the welded plates, which allows you to maintain the shape of the plates and avoid local kinks.

В качестве ДДП можно использовать древесно-стружечные или волокнистые плиты, гипсокартон, специально уплотненные песчаные и комбинированные смеси и их сочетания. Материал, размеры и количество ДДП подбирают опытным путем.As DDP, you can use wood-particle or fiber boards, drywall, specially compacted sand and combined mixtures and their combinations. The material, size and quantity of the road traffic police are selected empirically.

В сумме набор из ЛДП, ДДП и опорной площадки образует многослойное демпфирующее средство.In total, the set of LDP, DDP and the supporting platform forms a multilayer damping agent.

Использование вышеуказанного демпфирующего средства позволяет поглотить избыток энергии и достигнуть энергетического баланса между подводимой и поглощаемой энергией для получения строго дозированной пластической деформации сопрягаемых металлов с существенно различающейся температурой плавления и получить биметалл с гарантированно высокими характеристиками прочности и качества сварного соединения, равномерно распределенными по всей площади биметаллического листа.The use of the above damping means allows you to absorb excess energy and achieve an energy balance between the input and absorbed energy to obtain a strictly metered plastic deformation of mating metals with significantly different melting points and to obtain bimetal with guaranteed high strength and weld quality characteristics uniformly distributed over the entire area of the bimetal sheet .

Способ иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 схематично представлено взаимное размещение свариваемых пластин и демпфирующего средства; на фиг.2 схематично представлено взаимное размещение свариваемых пластин и многослойного демпфирующего средства.The method is illustrated by drawings, where in Fig.1 schematically shows the relative placement of the welded plates and damping means; figure 2 schematically shows the mutual placement of the welded plates and a multilayer damping means.

Следует учесть, что на чертежах представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа предложения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.It should be noted that the drawings show only those details that are necessary for understanding the essence of the proposal, and the accompanying equipment, well known to specialists in this field, is not presented in the drawings.

На чертежах проставлены следующие позиции:The following positions are affixed to the drawings:

1 - опорная площадка;1 - reference platform;

2 - легко деформируемая прослойка ЛДП;2 - easily deformable layer of the LDP;

3 - неподвижная пластина;3 - fixed plate;

4 - зазор между пластинами;4 - the gap between the plates;

5 - метаемая пластина;5 - throwing plate;

6 - взрывчатое вещество ВВ;6 - explosive explosive;

7 - дополнительная демпфирующая прослойка ДДП.7 - additional damping layer of DDP.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Для получения биметаллической заготовки изготавливают демпфирующее средство, состоящее из опорной площадки 1 и легко деформируемой прослойки 2 (фиг.1). Сначала формируют опорную площадку 1. На опорную площадку 1 укладывают легко деформируемую прослойку 2. Затем на нее устанавливают неподвижную (плакируемую) пластину 3. Над пластиной 3 с зазором 4 размещают метаемую (подвижную) пластину 5 и слой взрывчатого вещества 6. Затем производят детонацию слоя взрывчатого вещества 6.To obtain a bimetallic billet, a damping means is made up of a support pad 1 and an easily deformable layer 2 (Fig. 1). First, a support platform 1 is formed. An easily deformed layer 2 is laid on the support platform 1. Then a fixed (clad) plate 3 is installed on it. A throwable (movable) plate 5 and an explosive layer 6 are placed over the plate 3 with a gap of 4. Then, the layer is detonated. explosive 6.

Для изготовления многослойного демпфирующего средства между опорной площадкой 1 и легко деформируемой прослойкой 2 размещают, по крайней мере, одну дополнительную демпфирующую прослойку 7 (фиг.2).For the manufacture of a multilayer damping means between the supporting platform 1 and the easily deformable layer 2, at least one additional damping layer 7 is placed (Fig. 2).

Способ поясняется следующим примерами.The method is illustrated by the following examples.

Пример 1.Example 1

Изготавливают опорную площадку из влажного песка, уплотненного вибратором. На опорную площадку укладывают легко деформируемую прослойку ЛДП из пенополиэтилена толщиной 2 мм. Затем на ЛДП устанавливают неподвижную (плакируемую) пластину из углеродистой стали толщиной более 25 мм, которая не подвержена риску обширной деформации. Над ней с зазором размещают метаемую подвижную пластину толщиной 3 мм и слой взрывчатого вещества ВВ. Производят детонацию слоя ВВ.A support pad is made of wet sand compacted by a vibrator. An easily deformable layer of LDP made of polyethylene foam 2 mm thick is laid on the supporting platform. Then, a fixed (clad) carbon steel plate with a thickness of more than 25 mm is installed on the LDP, which is not at risk of extensive deformation. Above it, with a gap, a throwable movable plate with a thickness of 3 mm and a layer of explosive explosive are placed. Detonate the explosive layer.

Пример 2.Example 2

Изготавливают опорную площадку из влажного песка, уплотненного вибратором. На опорную площадку укладывают дополнительную демпфирующую прослойку ДДП из древесно-стружечной плиты толщиной 22 мм. На ДДП укладывают легко деформируемую прослойку ЛДП из пенополиэтилена толщиной 2 мм. Затем на ЛДП устанавливают неподвижную (плакируемую) пластину из углеродистой стали толщиной менее 25 мм, которая подвержена риску обширной деформации. Над ней с зазором размещают метаемую (подвижную) пластину толщиной 10 мм и слой взрывчатого вещества ВВ. Производят детонацию слоя ВВ.A support pad is made of wet sand compacted by a vibrator. An additional damping layer of fiberboard made of chipboard with a thickness of 22 mm is laid on the supporting platform. An easily deformed layer of LDP made of 2 mm thick polyethylene foam is placed on the fiberboard. Then, a fixed (clad) carbon steel plate with a thickness of less than 25 mm is installed on the LDP, which is at risk of extensive deformation. Above it with a gap place a throwable (movable) plate 10 mm thick and a layer of explosive explosives. Detonate the explosive layer.

Пример 3.Example 3

Изготавливают массивную опорную площадку из стали. На опорную площадку укладывают легко деформируемую прослойку ЛДП из пенополиэтилена толщиной 2 мм. Затем на ЛДП устанавливают неподвижную (плакируемую) пластину из углеродистой стали толщиной 50 мм. Над ней с зазором размещают метаемую (подвижную) пластину из прочного алюминиево-магниевого сплава АМг6 толщиной 12 мм и слой взрывчатого вещества ВВ. Производят детонацию слоя ВВ.A massive steel support pad is made. An easily deformable layer of LDP made of polyethylene foam 2 mm thick is laid on the supporting platform. Then, a fixed (clad) plate of carbon steel 50 mm thick is installed on the LDP. Above it, a throwable (movable) plate of durable aluminum-magnesium alloy AMg6 12 mm thick and a layer of explosive explosive are placed with a gap. Detonate the explosive layer.

За счет резкого сжатия ЛДП между опорной площадкой и неподвижной (плакируемой) пластиной происходит самовоспламенение ЛДП. Продукты сгорания ЛДП образуют «газовый демпфер», препятствующий резкому соударению неподвижной и метаемой пластин, что предотвращает обширное оплавление АМг6 и обеспечивает прочное качественное соединение.Due to the sharp compression of the LDP between the supporting platform and the fixed (clad) plate, self-ignition of the LDP occurs. LDP combustion products form a “gas damper”, which prevents a sharp collision of the fixed and throwing plates, which prevents extensive melting of AMg6 and ensures a solid high-quality connection.

Ранее соединение сплава АМг6 со сталью осуществляли только через слой мягкого чистого алюминия толщиной 2÷3 мм.Previously, the connection of the AMg6 alloy with steel was carried out only through a layer of soft pure aluminum with a thickness of 2–3 mm.

Высокий уровень качества биметаллических заготовок, полученных заявляемым способом, подтвержден заключениями экспертных организаций: ЦНИИ черной металлургии им. И.П. Бардина, ФГУП ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей».The high quality level of bimetallic billets obtained by the claimed method is confirmed by the conclusions of expert organizations: Central Research Institute of Ferrous Metallurgy named after I.P. Bardina, FSUE Central Research Institute of Structural Materials "Prometheus".

Claims (3)

1. Способ изготовления сваркой взрывом плоской биметаллической заготовки, включающий установку с зазором метаемой пластины над неподвижной пластиной и инициирование заряда взрывчатого вещества, расположенного над метаемой пластиной, с использованием средства для снижения скорости пластической деформации пластин, отличающийся тем, что скорость пластической деформации снижают с помощью демпфирующего средства, которое размещают под неподвижной пластиной, состоящего из легко деформируемой прослойки, обладающей свойством односторонней неупругой деформации, и искусственной опорной площадки, изготовленной из материала с равномерно распределенной плотностью, превышающей плотность легко деформируемой прослойки.1. A method of manufacturing by explosion welding of a flat bimetallic billet, comprising installing with a clearance of the throwing plate above the fixed plate and initiating a charge of the explosive located above the throwing plate, using means to reduce the speed of plastic deformation of the plates, characterized in that the speed of plastic deformation is reduced by damping means, which is placed under a fixed plate, consisting of an easily deformable layer having the property of one-sided inelastic deformation, and an artificial supporting platform made of a material with a uniformly distributed density exceeding the density of an easily deformable layer. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют легко деформируемую прослойку, обладающую способностью изменять агрегатное состояние под действием давления.2. The method according to claim 1, characterized in that they use an easily deformable layer having the ability to change the state of aggregation under pressure. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что между легко деформируемой прослойкой и опорной площадкой размещают, по крайней мере, одну дополнительную демпфирующую прослойку. 3. The method according to claim 1, characterized in that at least one additional damping layer is placed between the easily deformable layer and the supporting platform.
RU2009123391/02A 2009-06-11 2009-06-11 Procedure for fabrication of flat bi-metallic work-piece by explosion welding RU2397850C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009123391/02A RU2397850C1 (en) 2009-06-11 2009-06-11 Procedure for fabrication of flat bi-metallic work-piece by explosion welding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009123391/02A RU2397850C1 (en) 2009-06-11 2009-06-11 Procedure for fabrication of flat bi-metallic work-piece by explosion welding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2397850C1 true RU2397850C1 (en) 2010-08-27

Family

ID=42798672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009123391/02A RU2397850C1 (en) 2009-06-11 2009-06-11 Procedure for fabrication of flat bi-metallic work-piece by explosion welding

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2397850C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2463139C1 (en) * 2011-04-13 2012-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Method of producing titanium-steel composite material
RU2525963C2 (en) * 2012-12-25 2014-08-20 Александр Яковлевич Зоркин Device for diffusion welding
RU2525968C2 (en) * 2012-12-25 2014-08-20 Александр Яковлевич Зоркин Device for diffusion welding
RU2767327C1 (en) * 2021-07-07 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method of explosion welding of titanium with aluminum-magnesium alloy

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2463139C1 (en) * 2011-04-13 2012-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Method of producing titanium-steel composite material
RU2525963C2 (en) * 2012-12-25 2014-08-20 Александр Яковлевич Зоркин Device for diffusion welding
RU2525968C2 (en) * 2012-12-25 2014-08-20 Александр Яковлевич Зоркин Device for diffusion welding
RU2767327C1 (en) * 2021-07-07 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method of explosion welding of titanium with aluminum-magnesium alloy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qi et al. Fusion welding of Fe-added lap joints between AZ31B magnesium alloy and 6061 aluminum alloy by hybrid laser–tungsten inert gas welding technique
KR101901085B1 (en) Spot welding method of coated steel sheet
RU2397850C1 (en) Procedure for fabrication of flat bi-metallic work-piece by explosion welding
Atabaki et al. Hybrid laser/arc welding of advanced high strength steel to aluminum alloy by using structural transition insert
ZA200807974B (en) Method of fabricating a welded part with very good mechanical characteristics from rolled and coated plate
US20190151983A1 (en) Ultrasonic welding/brazing a steel workpiece over aluminum alloys
CN101260899A (en) Brittle fracture crack transmission resisting T-shaped welding joint construction with excellent crack arrest characteristic
WO2017038981A1 (en) Spot welding method
CA1273760A (en) Manufacture of composite laminar metal plate
NL2011608C2 (en) METHOD FOR ATTACHING AT LEAST EACH OTHER OF AT LEAST TWO METAL PARTS OF WORK.
JP2018039019A (en) Spot-welding method
JP4299705B2 (en) Helicopter joint laser welding method for Sn or Pb plated steel sheet
WO2008082015A1 (en) Multipass butt-welded joint having excellent brittle crack propagation resistance, and welded structure
US20080302768A1 (en) Zero-Gap Laser Welding
US20080277452A1 (en) Method of explosion welding to create an explosion welded article having a non-planar surface
Choi et al. A new concept of universal substitutive explosive welding
RU2243871C1 (en) Explosion welding method
Bernard et al. Mechanical properties of structures of semifinished products joined to aluminium foams
EP3610979B1 (en) Dissimilar metal joint including flame-retardant magnesium alloy layer, and method of producing such joint
US20090151550A1 (en) Concepts for Weldable Ballistic Products for Use in Weld Field Repair and Fabrication of Ballistic Resistant Structures
EP1898174A1 (en) Reactive ballistic protection plate
RU2417868C2 (en) Method of producing large-size bimetal sheets by explosion welding
RU2237558C2 (en) Method for cladding by explosion welding
CN101559516B (en) Explosive welding device for bulk amorphous alloy and common metal
RU2774254C1 (en) Method for connecting large-sized bimetal sheets

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170612

PD4A Correction of name of patent owner
NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190924